Физиология клетки. Транспорт веществ через мембрану Осмос

1.

Физиология клетки
Транспорт веществ через мембрану
Осмос

Изменение плотности мембраны
Присутствие в мембране ненасыщенных жирных
кислот и холестерола влияет на ее плотность
Насыщенность гидрофобных хвостов
Жидкая
Вязкая
Изменение состава мембраны позволяет организмам
адаптироваться к условиям внешней среды
Снижение плотности мембраны позволяет клеткам
холоднокровных организмов не затвердевать и
поддерживаться свой метаболизм при низких
температурах окружающей среды
Ненасыщенные углеводородные
хвосты (изогнутые) не позволяют
упаковаться плотно, снижая вязкость
мембраны
Насыщенные углеводородные
хвосты плотно упаковываются,
повышая вязкость мембраны
Холестерол в составе мембран животных клеток
Холестерол
При умеренных температурах
холестерол уменьшает текучесть
мембран за счет снижения
подвижности фосфолипидов, но при
низких температурах он
препятствует затвердеванию,
нарушая правильную упаковку
фосфолипидов

3.

Типы веществ
Неполярные
Вода
Полярные
Крупные жидкие
частицы
O2
H2O
Белки
CO2
Крупные твердые
частицы

4.

Растворитель + растворенное вещество = Раствор
Растворитель
Растворенное вещество

5.

Избирательная проницаемость
Избирательная проницаемость – способность мембраны пропускать через себя только определенные вещества
Основной преградой для прохождения молекул является неполярный фосфолипидный бислой
Таким образом, свободно проходить через мембрану способны только неполярные молекулы: жиры, O2, CO2
Заряженным частицам (полярным молекулам и ионам) прохождению мешают полярные головки фосфолипидов
Для переноса полярных молекул и ионов в мембране
присутствуют специальные транспортные белки:
-
каналы – представляют собой трубчатую структуру
из белка, имеющую гидрофильную внутреннюю
выстилку, позволяющую полярным молекулам
свободно проходить через мембрану
-
белки переносчики – белки, способные захватывать
определенные молекулы и за счет изменения своей
формы переносить их внутрь клетки

6.

Функции белка
Ферментативная
Защитная
Описание: выборочное ускорение химических реакций
Пример: пищеварительные ферменты выполняют гидролиз
связей в молекулах питательных веществ
Описание: защита от заболеваний
Пример: антитела помогают уничтожать патогены
Фермент
Антитела
Вирус
Бактерия
Запасающая
Транспортная
Описание: запас аминокислот
Пример: казеин – белок молока, главный источник АМК для
развития детеныша млекопитающих. В виде белка запасаются
питательные вещества в семенах. Овальбумин – белок яйца
является источник АМК для зародыша.
Описание: перенос различных веществ
Овальбумин
АМК для
зародыша
Пример: транспортные белки в кишечнике осуществляют
перенос питательных веществ из просвета в клетки
Транспортный
белок
Клеточная мембрана
Гормональная
Гормональная
Рецепторная
Описание: координация работы организма
Пример: инсулин – белок поджелудочной железы
снижает концентрацию глюкозы в крови
Описание: ответ клетки на химические стимулы
Пример: рецепторы, встроенные в мембрану нервных
клеток фиксируют сигналы от других нервных клеток
Белки - рецепторы
Высокий
уровень глюкозы
Инсулин
Нормальный
уровень глюкозы
Сигнальные
молекулы
Сократительная и двигательная
Структурная
Описание: перемещение организма в пространстве
Описание: поддержка различных структур
Пример: Кератин – основной белок волос, рогов,
крыльев и других кожных придатков. Коллаген и эластин
являются основной соединительной ткани животных
Пример: мышечные белки актин и миозин
обеспечивают мышечное сокращение
Актин
Миозин
Коллаген

7.

Виды транспорта частиц
Пассивный транспорт
Активный транспорт
Происходит по направлению
электрохимического градиента
Происходит против направления
электрохимического градиента
Не требует затрат энергии
Требует затрат энергии

8.

Пассивный транспорт
Простая диффузия
Диффузия —процесс перемещения вещества через
мембрану из области с высокой концентрацией в
область с низкой концентрацией, приводящий к
самопроизвольному выравниванию концентраций по
всему занимаемому объёму
Состояние, при котором концентрация вещества по обе
стороны мембраны равны называется равновесным
Молекулы вещества
Мембрана
Вода
Диффузия
Диффузия
Равновесие
Диффузия
Диффузия
Равновесие
Диффузия
Диффузия
Равновесие
Диффузия двух разных вещества
происходит независимо друг от
друга
Путем простой диффузии в клетку
попадают неполярные вещества
(О2, СО2, жиры)

9.

Направление движения частиц
Градиент концентрации - разница в концентрациях растворённого вещества по обе
стороны мембраны
Если по одну сторону от мембраны расположено больше частиц, чем по другую, то в
результате случайного движения молекул (броуновское движение) через эту мембрану, в
какой то момент количество частиц по обе стороны станет одинаковым
Движение частиц осуществляется ПО градиенту концентрации – от большей концентрации к
меньшей
Электрический градиент – совокупная разница зарядов частиц, расположенных на
противоположных сторонах мембраны
Если по одну сторону от мембраны расположено больше частиц с одинаковым зарядом, чем
на другой стороне, то вследствие отталкивания частиц с одинаковым зарядом и
прохождения их через мембрану, постепенно количество одинаково заряженных частиц по
обе стороны станет одинаковым (если частицы имеют противоположный заряд, то
происходит перемещение частиц с одним зарядом к другому)
Движение частиц осуществляется ПО электрическому градиенту – от места большего
скопления частиц с одинаковым зарядок к меньшему
Электрохимический
градиент

10.

Пассивный транспорт
Облегченная диффузия
Облегченная диффузия — процесс переноса веществ через
мембрану по градиенту концентрации с участием мембранных
белков-переносчиков без затраты энергии
-
-
МЕЖКЛЕТОЧНАЯ
ЖИДКОСТЬ
Каналы – представляют собой трубчатую структуру из белка,
имеющую гидрофильную внутреннюю выстилку, позволяющую
полярным молекулам свободно проходить через мембрану
белки переносчики – белки, способные захватывать
определенные молекулы и за счет изменения своей формы
переносить их внутрь клетки
Канал
ЦИТОПЛАЗМА
Вещество
Белокпереносчик
Вещество
Белки-переносчики обычно имеют специфичность к определенным
веществам (например к воде или ионам)
Белки-переносчики способны открываться при наличии
определенных стимулов (действие электрического заряда или при
наличии лиганда)
При помощи белков-переносчиков осуществляется обмен
полярными частицами (ионы, глюкоза)

11.

Пассивный транспорт
Осмос
Вода, хоть и является полярной молекулой, но способна
свободна перемещаться через мембрану, ввиду своих
маленьких размеров
Низкая
концентрация
РВ (сахара)
Высокая
концентрация
РВ (сахара)
Молекула
сахара
При наличии избирательно проницаемой мембраны
(проницаемой для воды, но не проницаемой для
растворенного вещества), в процесс выравнивания
градиента концентрации подключается вода
Осмос — односторонняя диффузия растворителя (воды)
через полупроницаемую мембрану из зоны меньшей
концентрации растворенного вещества (РВ) в зону большей
концентрации РВ
или
Осмос — односторонняя диффузия растворителя (воды)
через полупроницаемую мембрану из зоны большей
концентрации растворителя в зону меньшей концентрации
растворителя
Концентрация РВ
примерно равная
Полупроницаемая
мембрана
Молекулы воды
могут пройти через
поры, а молекулы
сахара - нет
На левой стороне
меньше молекул РВ и
больше свободных
молекул воды
Молекулы воды
собраны вокруг
молекул сахара
На правой стороне
больше молекул РВ и
меньше свободных
молекул воды
Вода двигается из зоны большей
концентрации воды в зону ее
меньшей концентрации

12.

Осмос и поведение клеток
В зависимости от соотношения концентрации РВ в растворе к ее концентрации в клетке выделяют:
Гипотонический раствор (1) – концентрация РВ меньше чем в клетке
Изотонический раствор (2) – концентрация РВ равна ее концентрации в клетке
Гипертонический раствор (3) – концентрация РВ в растворе больше чем в клетке
2
1
Движение воды
3

13.

Осмос и поведение клеток
Животная клетка. У животных клеток нету клеточной
стенки. Вследствие этого, при погружении в
гипотонический раствор, в клетку будет поступать
большое количество воды, что приведет к ее разрыву
(лизису).
При погружении в гипертонический раствор из клетки
будет выходить большое количество воды, что приведет к
ее сморщиванию.
Растительная клетка. Все растительные клетки имеют
плотную клеточную стенку, которая предотвращает
разрыв при погружении в гипотонический раствор.
Однако при погружении в гипертонический раствор,
клетка также будет сжиматься из за избыточных потерь
воды. Данный процесс у растительных клеток называется
плазмолиз. Данный процесс обратим и при погружении
клетки обратно в изотонический раствор клетка вернет
свою прежнюю форму, будет наблюдаться деплазмолиз.
Гипотоничный раствор
Изотоничный раствор
Гипертоничный
раствор
Лизис
Норма
Сморщивание
Мембрана
клетки
Клеточная
стенка
Набухание (тургор)
Для человека изотоничными являются 0,9% раствор NaCl и 5% раствор глюкозы
Мембрана
клетки
Норма
Плазмолиз

14.

15.

Активный транспорт
Происходит против направления
электрохимического градиента
МЕЖКЛЕТОЧНАЯ
ЖИДКОСТЬ
Требует затрат энергии в виде АТФ
Осуществляется только белкамипереносчиками
ЦИТОПЛАЗМА
1) Na+ внутри клетки
соединяется с K+/Nа+
насосом, который в этом
положении имеет высокое
сродству к Na+
2) Присоединение 3 ионов
Na+ ведет к активации АТФ
3) Фосфорилирование приводит к
изменению формы белка и
уменьшению сродства к Na+, в
результате чего он высвобождается
наружу клетки
Примером активного транспорта
является K+/Nа+ насос, задача
которого является в поддержании
соотношения данных двух ионов по
разные стороны клеточной мембраны
Три иона Nа+ вырбрасывается Naружу,
а два иона K+ перемещается К+нутри
клетки
6) 2 иона калия
высвобождается внутрь
клетки; снова возрастает
сродство к ионам натрия,
цикл повторяется
5) Отсутствие фосфата
возвращает белок в свою
первичную форму, которая
имеет низкое сродство к К+
4) Новая форма имеет
высокое сродство к К+;
2 иона калия
присоединяются, что ведет
к отсоединению фосфатной
группы

16.

Активный транспорт
Везикулярный транспорт
Крупные молекулы не способны попасть в клетку путем диффузии или даже путем активного транспорта
Для транспорта данного вида молекул используется везикулярный транспорт
Экзоцитоз
Эндоцитоз
Перемещение вещества из клетки
Перемещение вещества внутрь клетки
1) Везикула содержащая секретируемый белок отделяется от комплекса Гольджи
2) Везикула перемещается
вдоль микротрубочек к
плазматической мембране
Аппарат
Гольджи
Микротрубочки
Плазмалемма
3) Наружная сторона
везикула соединятся с
внутренней стороной
плазматической мембраны
4) Две мембраны сливаются,
высвобождая (секретируя)
белок из клетки
5) Мембрана везикулы становится частью плазматической мембраны
Фагоцитоз
Пиноцитоз
Поглощение
твердых частиц
Поглощение
жидких частиц

17.

МЕЖКЛЕТОЧНАЯ
ЖИДКОСТЬ
Растворенные
вещества
Растворенные
вещества
Псевдоподии
При фагоцитозе клетка
поглощает частицу,
выпячивая вокруг нее
псевдоподии и упаковывая
ее мешочек из мембраны,
называемый
пищеварительной вакуолью
или фагосомой
Плазмолемма
Пищевая
частичка
При пиноцитозе клетка
постоянно «заглатывает»
капли внеклеточной
жидкости в крошечные
везикулы, образованные
складками плазматической
мембраны
Таким образом, клетка
получает молекулы,
растворенные в жидкости
Частица будет переварена
после того, как пищевая
вакуоль сольется с
лизосомой, содержащей
гидролитические ферменты,
образовав фаголизосому
Пиноцитоз неспецифичен
для веществ, которые он
транспортирует
Фагосома
ЦИТОПЛАЗМА
Везикула

English Русский Правила